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铁电阴极二极管发射特性研究

向飞  
【摘要】:铁电阴极二极管是一种新型电子束源,本文主要从理论和实验两个方面对其发射特性进行初步研究。 文章通过理论分析和计算,得到以下一些结论: 1.铁电阴极二极管电子发射过程中极化反转起决定性作用,场致发射电流可以忽略,等离子体爆炸发射在极化电场达到一定强度时发生,阴极发射能力与极化电场间满足幂为3的指数关系。 2.铁电阴极二极管中,电流密度不仅与二极管加速电压、阴阳极间隙有关,还与发射电子的初始能量有关;在工作环境范围内,真空度的变化对发射电流密度无明显影响;束流发射度与阴极有效发射半径、发射电子初始能量有关;最大重复频率与极化驰豫时间成反比。 3.施主杂质产生的内偏场可以改善铁电材料的发射状况、决定极化脉冲极性的设计;阴极发射能力与阴极厚度的三分之四次方成正比;要消除条栅电极的影响,阴极的厚度要大于1mm;极化反转发射电流与极化脉冲极性、宽度也有密切关系。 另外,通过对铁电阴极二极管试验结果进行分析,作者得到以下结论: 1.阴极发射能力与极化电场的三次方成正比,当极化电场达到1.7kV/mm时,出现等离子体发射情况,没有场致发射电流。 2.极化电场超过1.6kV/mm时,二极管电流变成空间电荷限制电流,Child-Langmuir定律的修正公式成立,二极管真空度从1.2×10~(-3)P_a到6.7×10~(-1)P_a之间变化不会导致二极管电流明显改变,阴极没有中毒。 3.对平行极化、方向指向阳极的样品,只要极化电场强度不是很大,宜选用正极性极化脉冲;条栅电极越密、阴极越厚,阴极表面损伤程度越轻;极化脉冲宽度为100-250ns时,发射电流密度最大。 本文实验结果与理论描述基本相符,可以为今后的继续研究打下初步基础。


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